Los óvulos se encuentran entre las células más grandes del reino animal. Si sólo lo mueven los empujones aleatorios de las moléculas de agua, una proteína puede tardar horas o incluso días en desplazarse de un lado al otro del óvulo en formación. Afortunadamente, la naturaleza ha desarrollado una forma más rápida:remolinos que abarcan células en los óvulos inmaduros de animales como ratones, pez cebra y moscas de la fruta. Estos vórtices permiten desplazamientos entre celdas que toman solo una fracción del tiempo. Pero hasta ahora los científicos no sabían cómo se formaban estos flujos cruciales.

Usando modelos matemáticos, los investigadores ahora tienen una respuesta. Los giros son el resultado del comportamiento colectivo de tubos moleculares en forma de varillas llamados microtúbulos que se extienden hacia adentro desde las membranas de las células. los investigadores informan el 13 de enero en Cartas de revisión física .

"Si bien no se comprende mucho sobre la función biológica de estos flujos, distribuyen nutrientes y otros factores que organizan el plan corporal y guían el desarrollo, "dice el coautor principal del estudio, David Stein, científico investigador del Centro de Biología Computacional (CCB) del Flatiron Institute en la ciudad de Nueva York. Dada la amplitud con que se han observado los flujos arremolinados en todo el reino animal, "probablemente incluso en humanos".

Gabriele De Canio, investigador de la Universidad de Cambridge, codirigió el estudio con Stein. Sus coautores fueron el director de CCB y profesor de la Universidad de Nueva York Michael Shelley y los profesores de Cambridge Eric Lauga y Raymond Goldstein.

Los científicos han estudiado los flujos celulares desde finales del siglo XVIII, cuando el físico italiano Bonaventura Corti miró dentro de las células usando su microscopio. Vio fluidos en constante movimiento, pero los científicos no entendieron los mecanismos que impulsan estos flujos hasta el siglo XX, cuando identificaron la fuente del movimiento:motores moleculares que caminan a lo largo de los microtúbulos. Esos motores transportan grandes cargas biológicas como los lípidos. Pasar la carga a través de los fluidos relativamente espesos de una celda es como arrastrar una pelota de playa a través de la miel. A medida que las cargas útiles se mueven a través del fluido, el fluido también se mueve, creando una pequeña corriente.

Pero a veces esas corrientes no son tan pequeñas. En ciertas etapas de desarrollo del óvulo de una mosca de la fruta común, Los científicos detectaron corrientes en forma de remolino que se extendían por toda la célula. En estas celdas, los microtúbulos se extienden hacia adentro desde la membrana celular como tallos de trigo. Los motores moleculares que suben por estos microtúbulos empujan hacia abajo los microtúbulos a medida que ascienden. Esa fuerza hacia abajo dobla el microtúbulo, redireccionando los flujos resultantes.

Estudios anteriores consideraron este mecanismo de flexión, pero lo aplicaron a microtúbulos aislados. Esos estudios predijeron que los microtúbulos se moverían en círculos, pero tal comportamiento no coincidió con las observaciones.

En el nuevo estudio, los investigadores agregaron un factor clave a su modelo:la influencia de los microtúbulos vecinos. Esa adición mostró que los flujos de fluido generados por los motores que transportan la carga útil doblan los microtúbulos cercanos en la misma dirección. Con suficientes motores y una densidad suficiente de microtúbulos, todos los microtúbulos eventualmente se inclinan juntos como un campo de trigo atrapado por una fuerte brisa. Esta alineación colectiva orienta todos los flujos en la misma dirección, creando el vórtice de toda la célula que se ve en las células reales de la mosca de la fruta.

Si bien está basado en la realidad, el nuevo modelo se reduce a lo esencial para revelar las condiciones responsables de los flujos arremolinados. Los investigadores ahora están trabajando en versiones que capturan de manera más realista la física detrás de los flujos para comprender mejor el papel que juegan las corrientes en los procesos biológicos.